A extrusión de plásticos é un proceso de fabricación de gran volume no que o plástico bruto se funde e se conforma nun perfil continuo. A extrusión produce elementos como tubos/tubos, burletes, valos, varandas de cubertas, marcos de fiestras, películas e follas de plástico, revestimentos termoplásticos e illamento de arame.
Este proceso comeza introducindo material plástico (pellets, gránulos, escamas ou po) desde unha tolva ao barril da extrusora. O material vaise fundíndose gradualmente pola enerxía mecánica xerada ao xirar os parafusos e polos quentadores dispostos ao longo do barril. O polímero fundido é entón forzado a formar unha matriz, que dálle forma ao polímero que se endurece durante o arrefriamento.
HISTORIA
Extrusión de tubos
Os primeiros precursores da extrusora moderna desenvolvéronse a principios do século XIX. En 1820, Thomas Hancock inventou un "masticador" de caucho deseñado para recuperar restos de caucho procesados, e en 1836 Edwin Chaffee desenvolveu unha máquina de dous rolos para mesturar aditivos en caucho. A primeira extrusión de termoplástico foi en 1935 por Paul Troester e a súa esposa Ashley Gershoff en Hamburgo, Alemaña. Pouco despois, Roberto Colombo de LMP desenvolveu as primeiras extrusoras de parafuso dobre en Italia.
PROCESO
Na extrusión de plásticos, a materia prima do composto adoita estar en forma de nurdles (pequenas contas, moitas veces chamadas resina) que son alimentadas por gravidade desde unha tolva montada na parte superior ata o barril da extrusora. Os aditivos como os colorantes e os inhibidores UV (en forma líquida ou en gránulos) úsanse a miúdo e pódense mesturar coa resina antes de chegar á tolva. O proceso ten moito en común co moldeado por inxección de plástico desde o punto de tecnoloxía da extrusora, aínda que se diferencia en que adoita ser un proceso continuo. Aínda que a pultrusión pode ofrecer moitos perfís similares en lonxitudes continuas, normalmente con reforzo engadido, isto conséguese tirando o produto acabado dunha matriz en lugar de extruir o polímero fundido a través dunha matriz.
O material entra pola garganta de alimentación (unha abertura preto da parte traseira do barril) e entra en contacto co parafuso. O parafuso xiratorio (normalmente xira a 120 rpm) forza as contas de plástico cara adiante ao barril quente. A temperatura de extrusión desexada raramente é igual á temperatura establecida do barril debido ao quecemento viscoso e outros efectos. Na maioría dos procesos, establécese un perfil de calefacción para o barril no que tres ou máis zonas de calefacción independentes controladas por PID aumentan gradualmente a temperatura do barril desde a parte traseira (onde entra o plástico) cara á fronte. Isto permite que as perlas de plástico se derritan gradualmente a medida que se empurran a través do barril e reduce o risco de sobrequecemento que pode provocar a degradación do polímero.
A calor extra contribúe á intensa presión e fricción que se producen no interior do barril. De feito, se unha liña de extrusión está a executar certos materiais o suficientemente rápido, os quentadores pódense desactivar e manter a temperatura de fusión só por presión e fricción dentro do barril. Na maioría das extrusoras, están presentes ventiladores de refrixeración para manter a temperatura por debaixo dun valor establecido se se xera demasiada calor. Se o arrefriamento por aire forzado resulta insuficiente, empréganse camisas de refrixeración fundidas.
Extrusora de plástico cortada pola metade para mostrar os compoñentes
Na parte dianteira do barril, o plástico fundido sae do parafuso e viaxa a través dun paquete de pantalla para eliminar os contaminantes do fundido. As pantallas están reforzadas por unha placa rompedora (un disco de metal groso con moitos buratos perforados) xa que a presión neste punto pode superar os 5.000 psi (34 MPa). O conxunto de pantalla/placa rompedora tamén serve para crear contrapresión no barril. A contrapresión é necesaria para a fusión uniforme e a mestura adecuada do polímero, e a cantidade de presión que se xera pódese "axustar" variando a composición do paquete de pantallas (o número de pantallas, o seu tamaño de tecido de fíos e outros parámetros). Esta combinación de placa rompedora e paquete de pantalla tamén elimina a "memoria de rotación" do plástico fundido e crea, no seu lugar, "memoria lonxitudinal".
Despois de pasar pola placa rompedora, o plástico fundido entra na matriz. A matriz é o que dá o seu perfil ao produto final e debe deseñarse para que o plástico fundido flúe uniformemente desde un perfil cilíndrico ata a forma do perfil do produto. O fluxo irregular nesta fase pode producir un produto con tensións residuais non desexadas en certos puntos do perfil que poden causar deformacións ao arrefriarse. Pódense crear unha gran variedade de formas, restrinxidas a perfís continuos.
O produto agora debe arrefriarse e isto adoita conseguirse tirando do extruido a través dun baño de auga. Os plásticos son moi bos illantes térmicos e, polo tanto, son difíciles de arrefriar rapidamente. En comparación co aceiro, o plástico conduce a súa calor 2.000 veces máis lentamente. Nunha liña de extrusión de tubos ou tubos, un baño de auga selado actúa mediante un baleiro coidadosamente controlado para evitar que o tubo ou tubo recén formado e aínda fundido se derrube. Para produtos como follas de plástico, o arrefriamento conséguese tirando dun conxunto de rolos de refrixeración. Para películas e láminas moi finas, o arrefriamento por aire pode ser eficaz como fase inicial de arrefriamento, como na extrusión de película soplada.
As extrusoras de plástico tamén se usan amplamente para reprocesar residuos plásticos reciclados ou outras materias primas despois da limpeza, clasificación e/ou mestura. Este material adoita ser extruido en filamentos axeitados para cortar a perla ou pellet para usar como precursor para o procesamento posterior.
DESEÑO DE PARAFUSOS
Hai cinco zonas posibles nun parafuso termoplástico. Dado que a terminoloxía non está estandarizada na industria, diferentes nomes poden referirse a estas zonas. Os diferentes tipos de polímeros terán deseños de parafusos diferentes, algúns non incorporando todas as zonas posibles.
Un simple parafuso de extrusión de plástico
Parafusos para extrusión de Boston Matthews
A maioría dos parafusos teñen estas tres zonas:
● Zona de alimentación (tamén chamada zona de transporte de sólidos): esta zona alimenta a resina ao extrusor e a profundidade da canle adoita ser a mesma en toda a zona.
● Zona de fusión (tamén chamada zona de transición ou compresión): a maior parte do polímero fúndese nesta sección e a profundidade da canle vaise reducindo progresivamente.
● Zona de medición (tamén chamada zona de transporte de fusión): esta zona funde as últimas partículas e mestúrase a unha temperatura e composición uniformes. Do mesmo xeito que a zona de alimentación, a profundidade da canle é constante en toda esta zona.
Ademais, un parafuso ventilado (de dúas etapas) ten:
● Zona de descompresión. Nesta zona, preto de dous terzos polo parafuso, a canle afonda de súpeto, o que alivia a presión e permite que os gases atrapados (humidade, aire, disolventes ou reactivos) sexan extraídos polo baleiro.
● Segunda zona de medición. Esta zona é semellante á primeira zona de medición, pero con maior profundidade de canle. Serve para represurizar o fundido para pasalo pola resistencia das pantallas e da matriz.
Moitas veces, a lonxitude do parafuso refírese ao seu diámetro como relación L:D. Por exemplo, un parafuso de 6 polgadas (150 mm) de diámetro a 24:1 terá 144 polgadas (12 pés) de longo e a 32:1 mide 192 polgadas (16 pés). É común unha relación L:D de 25:1, pero algunhas máquinas chegan a 40:1 para obter máis mestura e máis saída co mesmo diámetro do parafuso. Os parafusos de dúas etapas (ventilados) son normalmente 36:1 para ter en conta as dúas zonas adicionais.
Cada zona está equipada con un ou máis termopares ou RTD na parede do barril para o control da temperatura. O "perfil de temperatura", é dicir, a temperatura de cada zona é moi importante para a calidade e as características do extruido final.
MATERIAIS TÍPICOS DE EXTRUSIÓN
Tubo de HDPE durante a extrusión. O material HDPE vén do quentador, á matriz e despois ao tanque de refrixeración. Este tubo de condución Acu-Power está coextruido: por dentro negro cunha fina camisa laranxa, para designar os cables de alimentación.
Os materiais plásticos típicos que se usan na extrusión inclúen, entre outros: polietileno (PE), polipropileno, acetal, acrílico, nailon (poliamidas), poliestireno, cloruro de polivinilo (PVC), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) e policarbonato.[4] ]
TIPOS DE MATRIZ
Hai unha variedade de matrices utilizadas na extrusión de plásticos. Aínda que pode haber diferenzas significativas entre os tipos de matrices e a complexidade, todas as matrices permiten a extrusión continua de polímero fundido, en oposición ao procesamento non continuo como o moldeo por inxección.
Extrusión de película soplada
Extrusión por soplado de película plástica
A fabricación de película plástica para produtos como bolsas da compra e láminas continuas conséguese mediante unha liña de película soplada.
Este proceso é o mesmo que un proceso de extrusión normal ata a matriz. Hai tres tipos principais de matrices utilizadas neste proceso: anular (ou cruceta), araña e espiral. As matrices anulares son as máis sinxelas e confían na canalización do polímero fundido arredor de toda a sección transversal da matriz antes de saír da matriz; isto pode producir un fluxo irregular. As matrices de araña consisten nun mandril central unido ao anel exterior da matriz mediante unha serie de "patas"; mentres que o fluxo é máis simétrico que nas matrices anulares, prodúcense unha serie de liñas de soldadura que debilitan a película. As matrices en espiral eliminan o problema das liñas de soldadura e o fluxo asimétrico, pero son, con diferenza, as máis complexas.
O fundido arrefríase un pouco antes de saír da matriz para producir un tubo semisólido débil. O diámetro deste tubo amplíase rapidamente mediante a presión do aire, e o tubo é tirado cara arriba con rolos, estirando o plástico tanto na dirección transversal como na dirección de debuxo. O debuxo e o soprado fan que a película sexa máis delgada que o tubo extruído, e tamén aliña preferentemente as cadeas moleculares do polímero na dirección que ve máis tensión plástica. Se a película se estira máis do que se sopla (o diámetro final do tubo está próximo ao diámetro extruído), as moléculas de polímero estarán moi aliñadas coa dirección de extracción, formando unha película forte nesa dirección, pero débil na dirección transversal. . Unha película que teña un diámetro significativamente maior que o diámetro extruido terá máis resistencia na dirección transversal, pero menos na dirección de extracción.
No caso do polietileno e outros polímeros semicristalinos, a medida que a película se arrefría cristaliza no que se coñece como liña de xeadas. A medida que a película segue arrefriándose, pásase a través de varios xogos de rolos de corte para aplanala en tubos planos, que logo se poden enrolar ou cortar en dous ou máis rolos de follas.
Extrusión de folla/película
A extrusión de follas/películas úsase para extruir follas de plástico ou películas que son demasiado grosas para ser sopladas. Utilízanse dous tipos de matrices: en forma de T e colgador. O propósito destas matrices é reorientar e guiar o fluxo de polímero fundido desde unha única saída redonda da extrusora ata un fluxo plano e fino. En ambos os tipos de matriz garante un fluxo constante e uniforme en toda a sección transversal da matriz. O arrefriamento adoita pasar por un conxunto de rolos de refrixeración (calandres ou rolos "chill"). Na extrusión de follas, estes rolos non só proporcionan o arrefriamento necesario senón que tamén determinan o grosor da folla e a textura superficial.[7] A miúdo úsase a coextrusión para aplicar unha ou máis capas sobre un material base para obter propiedades específicas como a absorción UV, a textura, a resistencia á permeación de osíxeno ou a reflexión da enerxía.
Un proceso común de post-extrusión para as follas de plástico é o termoformado, onde a folla é quentada ata que estea branda (plástico) e fórmase mediante un molde nunha nova forma. Cando se usa o baleiro, isto descríbese a miúdo como formación de baleiro. A orientación (é dicir, a capacidade/densidade dispoñible da folla para ser debuxada no molde que pode variar en profundidades de 1 a 36 polgadas normalmente) é moi importante e afecta moito aos tempos de ciclo de formación da maioría dos plásticos.
Extrusión de tubos
Os tubos extruídos, como os tubos de PVC, están fabricados utilizando matrices moi similares ás que se usan na extrusión de películas sopladas. Pódese aplicar unha presión positiva ás cavidades internas a través do pasador, ou unha presión negativa ao diámetro exterior mediante un medidor de baleiro para garantir as dimensións finais correctas. Pódense introducir lúmenes ou buratos adicionais engadindo os mandriles internos adecuados á matriz.
Unha liña de extrusión médica de Boston Matthews
As aplicacións de tubos multicapa tamén están sempre presentes na industria do automóbil, a industria de fontanería e calefacción e a industria de envases.
Extrusión sobre revestimento
A extrusión sobre revestimento permite a aplicación dunha capa exterior de plástico nun fío ou cable existente. Este é o proceso típico para illar fíos.
Hai dous tipos diferentes de ferramentas de matriz utilizadas para revestir un fío, tubos (ou revestimento) e presión. Na ferramenta de revestimento, o polímero fundido non toca o fío interior ata inmediatamente antes dos beizos da matriz. En ferramentas de presión, a masa fundida entra en contacto co fío interior moito antes de que chegue aos beizos da matriz; isto faise a alta presión para garantir unha boa adhesión do fundido. Se é necesario un contacto íntimo ou adhesión entre a nova capa e o fío existente, utilízanse ferramentas de presión. Se non se desexa ou é necesaria a adhesión, utilízase no seu lugar ferramentas de revestimento.
Coextrusión
A coextrusión é a extrusión de varias capas de material simultaneamente. Este tipo de extrusión utiliza dúas ou máis extrusoras para fundir e entregar un fluxo volumétrico constante de diferentes plásticos viscosos a un único cabezal de extrusión (troquel) que extruirá os materiais na forma desexada. Esta tecnoloxía utilízase en calquera dos procesos descritos anteriormente (película soprada, sobrecamisa, tubo, chapa). Os espesores das capas están controlados polas velocidades e tamaños relativos das extrusoras individuais que entregan os materiais.
Coextrusión de capas 5:5 do tubo cosmético de "espremer".
En moitos escenarios do mundo real, un só polímero non pode satisfacer todas as demandas dunha aplicación. A extrusión composta permite extruir un material mesturado, pero a coextrusión mantén os materiais separados como capas diferentes no produto extruído, o que permite a colocación adecuada de materiais con diferentes propiedades, como a permeabilidade ao osíxeno, a resistencia, a rixidez e a resistencia ao desgaste.
Revestimento de extrusión
O revestimento por extrusión é usar un proceso de película soplada ou fundida para cubrir unha capa adicional sobre un rollo de papel, folla ou película existente. Por exemplo, este proceso pódese utilizar para mellorar as características do papel recubríndoo con polietileno para facelo máis resistente á auga. A capa extruída tamén se pode usar como adhesivo para unir outros dous materiais. Tetrapak é un exemplo comercial deste proceso.
EXTRUSIÓNS COMPOSTAS
A extrusión por composición é un proceso que mestura un ou máis polímeros con aditivos para dar compostos plásticos. Os alimentos poden ser pellets, po e/ou líquidos, pero o produto adoita estar en forma de pellets, para ser usado noutros procesos de conformación de plásticos como extrusión e moldeo por inxección. Do mesmo xeito que coa extrusión tradicional, hai unha ampla gama de tamaños de máquina dependendo da aplicación e do rendemento desexado. Aínda que se poden usar extrusoras de parafuso simple ou dobre na extrusión tradicional, a necesidade dunha mestura adecuada na extrusión de composto fai que as extrusoras de dobre parafuso sexan obrigatorias.
TIPOS DE EXTRUSOR
Existen dous subtipos de extrusoras de rosca dobre: co-rotativas e contra-rotativas. Esta nomenclatura refírese á dirección relativa que xira cada parafuso en comparación co outro. No modo de co-rotación, ambos os parafusos xiran en sentido horario ou antihorario; en sentido contrario, un parafuso xira no sentido horario mentres que o outro xira no sentido horario. Demostrouse que, para unha determinada área de sección transversal e grao de solapamento (intermeshing), a velocidade axial e o grao de mestura é maior nas extrusoras xemelgas co-rotatorias. Non obstante, a acumulación de presión é maior nas extrusoras de rotación contraria. O deseño do parafuso adoita ser modular, xa que varios elementos de transporte e mestura están dispostos nos eixes para permitir unha reconfiguración rápida para un cambio de proceso ou a substitución de compoñentes individuais debido ao desgaste ou danos corrosivos. Os tamaños das máquinas van desde os 12 mm ata os 380 mm
VANTAXES
Unha gran vantaxe da extrusión é que se poden facer perfís como tubos a calquera lonxitude. Se o material é suficientemente flexible, os tubos pódense fabricar a longos lonxitudes, incluso enrolando nunha bobina. Outra vantaxe é a extrusión de tubos con acoplador integrado incluíndo selado de goma.
Hora de publicación: 25-feb-2022
